CN111224367A - 一种具有电压和无功优化的10kV配电线路不停电融冰系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有电压和无功优化的10kV配电线路不停电融冰系统。本发明包括分布式安装在10kV配电线路上的多个串联电容器智能补偿装置以及一个可移动式无功功率电源构成，可移动式无功功率电源根据融冰或电压和无功优化的需要可以移动并联到该10kV配电线路上的某一点，和分布式串联电容器补偿装置协同实现不停电融冰或电压和无功优化的功能。本发明当配电线路结冰时可以对线路进行不停电融冰，平时，可以改善10kV配电线路的电压质量、补偿无功功率、降低线路损耗；具有负荷“自适应”电压调节、无功补偿、和线路损耗优化等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有电压和无功优化的10kV配电线路不停电融冰系统。
背景技术
10kV配网电压质量是衡量供电质量是否符合标准的一项重要指标，其质量的优劣直接关系到用电设备的安全经济运行和生产的正常运作。我国10kV配网覆盖面积广、总长度长，且乡村大部分10kV线路存在线径小，线路长（尤其是山村线路），配电变压器数量多、甚至较多线路带有多台大容量的电动机或变化迅速的工业负荷，往往导致线路末端低电压、电压跌落严重、线路损耗大。严重影响了供电区域的居民生活质量和国民经济的发展。并且，部分山区10kV架空配电线路还经常出现冬天覆冰断线的故障，降低了供电的可靠性、造成很大的经济损失。因此提高10kV配电线路的电压质量并降低其线损、并对覆冰严重的10kV架空配电线路进行融冰保线的工作迫在眉睫。
近年来发展起来的直流融冰技术能够很好地解决输电线路的覆冰断线故障问题，已经在两大电网中得到广泛的应用。由于我国的输电网冗余度比较高，因此直流融冰时可以做到“停线不停电”。但我国的10kV配电网比较薄弱、冗余度比较低，特别是山区10kV配电网基本上没有冗余，一旦一条10kV配电线路需要停运，则该条线路上的所有用户均失电。且由于在直流电压下，10kV配电变压器的高压绕组是一个直流电阻，而一条10kV配电线路上有大量的10kV配电变压器，如果采用直流融冰技术很可能损坏10kV配电变压器（因为有较大的直流电流通过配变的高压绕组），融冰效果也受影响（因为部分直流融冰电流被10kV配电变压器分流）。因此直流融冰技术不适合10kV配电线路的融冰，需要采用交流融冰技术。
针对10kV配电线路的电压质量低、损耗高的问题，专利（智能配网串联补偿装置，专利号：ZL 2013 2 0751287.2）提出了一种10kV配电线路的电容器串联补偿技术，能够有效地提高线路的电压质量、降低线路损耗。但该专利采用集中式的串联补偿技术，单套装置的容量及其容抗值（XC）偏大，当通过很大的交流融冰电流时，其电压抬升（或下降）过大，容易造成被融冰的10kV配电线路过电压而损坏用电设备。
另外还有三个针对配电线路融冰的专利（CN 107658778A; CN201220619385.6;CN205882638U），其共同的缺点是：1）都要停电融冰；2）平时，不融冰的时候装置闲置，设备的利用率很低。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种具有电压和无功优化的10kV配电线路不停电融冰系统的技术方案,采用无功功率电源（电容器、电抗器、SVG、MCR等）提供交流融冰电流，对有需要融冰的10kV配电线路进行不停电融冰；采用分布式串联电容器智能补偿装置来解决融冰时因融冰无功电流造成的线路末端高电压或低电压的问题；平时，可移动式无功功率电源和分布式串联电容器智能补偿装置协同调节，可以提高10kV配电线路的电压质量、降低线路损耗。
所述的一种具有电压和无功优化的10kV配电线路不停电融冰系统，其特征在于：在10kV配电线路上串联设置若干个分布式串联电容器智能补偿装置，还设置一可移动式无功功率电源，可移动式无功功率电源根据融冰或电压和无功优化的需要并联在所述的10kV配电线路的任一点上；
融冰时，所述的可移动式无功功率电源根据融冰电流的设定值输出电流，对所述的10kV配电线路进行不停电融冰；
不融冰时，所述的可移动式无功功率电源和分布式串联电容器补偿装置协同对所述的10kV配电线路进行电压和无功优化控制。
所述的一种具有电压和无功优化的10kV配电线路不停电融冰系统，其特征在于所述的可移动式无功功率电源由配合设置的一组或多组并联电容器组及与该并联电容器组配套的投切开关、一组电压和电流互感器与一个融冰兼电压和无功优化控制器组成，所述的融冰兼电压和无功优化控制器采样就地电压、电流信号、监测自身的状态。
所述的一种具有电压和无功优化的10kV配电线路不停电融冰系统，其特征在于所述可移动式无功功率电源还包括一套SVG装置。
所述的一种具有电压和无功优化的10kV配电线路不停电融冰系统，其特征在于所述的可移动式无功功率电源在10kV配电线路上的接入点位置根据融冰的需要、或无功电压优化的需要以及配电线路参数和用电负荷来确定。
所述的一种具有电压和无功优化的10kV配电线路不停电融冰系统，其特征在于所述的分布式串联电容器智能补偿装置包括一个三相电容器组、一个保护旁路装置、三个电压互感器、两个电流互感器和一个就地智能控制器，就地智能控制器采样就地电压电流信号、监测补偿装置的状态发送至可移动式无功功率电源，同时接收可移动式无功功率电源的控制指令，并在紧急状况下能够越过可移动式无功功率电源的控制指令直接对分布式串联电容器智能补偿装置进行就地紧急保护和控制。
所述的一种具有电压和无功优化的10kV配电线路不停电融冰系统，其特征在于所述的分布式串联电容器智能补偿装置和可移动式无功功率电源之间通过GPRS或专用通讯网交互信息。
所述的一种具有电压和无功优化的10kV配电线路不停电融冰系统，其特征在于所述的分布式串联电容器智能补偿装置和可移动式无功功率电源之间没有配置通讯通道或在通讯网中断时，可移动式无功功率电源和串联电容器智能补偿装置根据各自的就地电压、电流信息对所述的10kV配电线路实行不停电融冰，以及电压和无功的优化控制。
所述的一种具有电压和无功优化的10kV配电线路不停电融冰系统，其特征在于所述的可移动式无功功率电源由可投切的电抗器和/或磁控电抗器构成。
所述的一种具有电压和无功优化的10kV配电线路不停电融冰系统，其特征在于所述分布式串联电容器智能补偿装置均匀地分布在10kV配电线路上。
本发明采用可移动式无功功率电源（电容器、电抗器、SVG、MCR等）提供交流融冰电流，对有需要融冰的10kV配电线路进行不停电融冰；
融冰时，可移动式无功功率电源为待融冰的10kV配电线路提供大小可调的融冰电流，其控制器（融冰兼电压和无功优化控制器）根据设定的融冰电流值逐步调节其输出的电流到设定值对配电线路进行融冰；
平时，可移动式无功功率电源的控制器（融冰兼电压和无功优化控制器）根据10kV配电线路参数以及配电线路的实时运行变量（电压、有功和无功功率等）协调线路上的串联电容器智能补偿装置和可移动式无功功率电源的实时出力，实现电压、无功、损耗的优化控制；
本发明的特点体现为：1）需要融冰时，可实现对一条10kV配电线路不停电融冰，从而极大地提高了供电可靠性，和安全性；2）平时，可以对该条10kV配电线路实施电压、无功和损耗的优化控制，从而提高供电的电压质量、降低线路损耗，具有很好的节能效果。
附图说明
图1是本发明的系统配置的示意图；
图2 是本发明的可移动式无功功率电源示意图；
图3 是本发明的串联电容器智能补偿装置结构示意图；
图中：1-10kV配电线路，2-串联电容器智能补偿装置，3-可移动式无功功率电源，4-10kv/0.4kv配电变压器，5-并联电容器组及与该并联电容器组配套的投切开关，6-电压互感器，7-电流互感器，8-旁路保护装置，9-三相电容器组。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步说明：
本发明的装置由三大部分组成：1）分布式安装在一条10kV配电线路1上的多个串联电容器智能补偿装置2；2）一个由多组电容器加一个SVG构成的可移动式无功功率电源3，或仅由多组电容器构成的可移动式无功功率电源，或仅由多组电抗器和磁控电抗器构成的可移动式无功功率电源；3）一个采用GPRS的通讯网或专用通讯网，该通讯网实现串联电容器智能补偿装置和可移动式无功功率电源之间的信息交互。在10kV配电线路上设置有若干个10kv/0.4kv配电变压器4。
其中的串联电容器智能补偿装置包括：一个三相电容器组9、一个保护旁路装置8、三个电压互感器6、两个电流互感器7和一个就地智能控制器构成。就地智能控制器采样就地电压电流信号、监测补偿装置的状态（如电容器容值等）、向上述的可移动式无功功率电源发送装置状态和就地电压、电流信号，同时接收该可移动式无功功率电源的控制指令、并在紧急状况下（如补偿点电压严重越限），越过可移动式无功功率电源的控制指令直接对装置进行就地紧急保护、控制。
其中的可移动式无功功率电源包括：1）至少一组或多组并联电容器组及与该并联电容器组配套的投切开关5、 2）一套SVG 、3）一组电压和电流互感器、4）一个融冰兼电压和无功优化控制器。该可移动式无功功率电源的主电路也可以不包括SVG而仅由多组并联电容器构成；但需增加所述的并联电容器组的数量。融冰兼电压和无功优化控制器采样就地电压、电流信号、监测自身的状态（如电容器容值、SVG运行状态等）。融冰时，可移动式无功功率电源根据融冰电流的设定值输出电流，对所述的10kV配电线路进行不停电融冰。平时，可移动式无功功率电源和分布式串联电容器补偿装置协同对所述的10kV配电线路进行电压和无功优化控制。
当上述的串联电容器智能补偿装置和可移动式无功功率电源之间没有配置通讯通道时、或在通讯网中断时，可移动式无功功率电源和串联电容器智能补偿装置根据各自的就地信息（电压、电流等）对所述的10kV配电线路实现不停电融冰，以及电压、无功的优化（次优）控制。
图1是本发明的系统配置的示意图。如图1所示，在一条10kV配电线路上分布安装多个串联电容器智能补偿装置，和一个并联在10kV配电线路上的可移动式无功功率电源构成。串联电容器智能补偿装置和可移动式无功功率电源之间通过GPRS或专用通讯网进行信息交互。协同实现对10kV配电线路的不停电融冰，以及电压、无功的优化控制。可移动式无功功率电源在10kV配电线路上的接入点根据融冰的需要、或无功电压优化的需要以及配电线路参数来确定。融冰时，可移动式无功功率电源根据融冰电流的设定值输出电流，对该10kV配电线路进行不停电融冰。 平时，可移动式无功功率电源和分布式串联电容器补偿装置协同对该10kV配电线路进行电压和无功优化控制，电压和无功优化控制的目标是：1）该10kV配电线路沿线电压合格；2）该10kV配电线路损耗最小。
图2是本发明技术的可移动式无功功率电源，包括：1）至少一组或多组并联电容器组及其投切开关、 2）一套SVG 、3）一组电压和电流互感器、4）一个融冰兼电压和无功优化控制器。该可移动式无功功率电源也可以不包括所述的SVG；但需增加所述的并联电容器组的数量。该可移动式无功功率电源的主电路也可以由多组电抗器或磁控电抗器（MCR）构成。融冰兼电压和无功优化控制器采样就地电压、电流信号、监测自身的状态（如电容器容值、电抗器值、SVG、MCR运行状态等）；融冰时，根据设定的融冰电流控制无功电流的输出；平时，对该10kV配电线路进行无功电压的优化控制。
图3 是本发明的串联电容器智能补偿装置结构示意图，包括：一个三相电容器组、一个保护旁路装置、三个电压互感器、两个电流互感器和一个就地智能控制器构成。所述的就地智能控制器采样就地电压电流信号、监测补偿装置的状态（如电容器容值等）、向可移动式无功功率电源发送装置状态和就地电压、电流信号，同时接收该可移动式无功功率电源的控制指令、并在紧急状况下（如补偿点电压严重越限），越过可移动式无功功率电源的控制指令直接对装置进行就地紧急保护、控制。
Claims (9)
1.一种具有电压和无功优化的10kV配电线路不停电融冰系统，其特征在于：在10kV配电线路上串联设置若干个分布式串联电容器智能补偿装置，还设置一可移动式无功功率电源，可移动式无功功率电源根据融冰或电压和无功优化的需要并联在所述的10kV配电线路的任一点上；
融冰时，所述的可移动式无功功率电源根据融冰电流的设定值输出电流，对所述的10kV配电线路进行不停电融冰；
不融冰时，所述的可移动式无功功率电源和分布式串联电容器补偿装置协同对所述的10kV配电线路进行电压和无功优化控制。
2.根据权利要求1所述的一种具有电压和无功优化的10kV配电线路不停电融冰系统，其特征在于所述的可移动式无功功率电源由配合设置的一组或多组并联电容器组及与该并联电容器组配套的投切开关、一组电压和电流互感器与一个融冰兼电压和无功优化控制器组成，所述的融冰兼电压和无功优化控制器采样就地电压、电流信号、监测自身的状态。
3.根据权利要求2所述的一种具有电压和无功优化的10kV配电线路不停电融冰系统，其特征在于所述可移动式无功功率电源还包括一套SVG装置。
4.根据权利要求1所述的一种具有电压和无功优化的10kV配电线路不停电融冰系统，其特征在于所述的可移动式无功功率电源在10kV配电线路上的接入点位置根据融冰的需要、或无功电压优化的需要以及配电线路参数和用电负荷来确定。
5.根据权利要求1所述的一种具有电压和无功优化的10kV配电线路不停电融冰系统，其特征在于所述的分布式串联电容器智能补偿装置包括一个三相电容器组、一个保护旁路装置、三个电压互感器、两个电流互感器和一个就地智能控制器，就地智能控制器采样就地电压电流信号、监测补偿装置的状态发送至可移动式无功功率电源，同时接收可移动式无功功率电源的控制指令，并在紧急状况下能够越过可移动式无功功率电源的控制指令直接对分布式串联电容器智能补偿装置进行就地紧急保护和控制。
6.根据权利要求1所述的一种具有电压和无功优化的10kV配电线路不停电融冰系统，其特征在于所述的分布式串联电容器智能补偿装置和可移动式无功功率电源之间通过GPRS或专用通讯网交互信息。
7.根据权利要求1所述的一种具有电压和无功优化的10kV配电线路不停电融冰系统，其特征在于所述的分布式串联电容器智能补偿装置和可移动式无功功率电源之间没有配置通讯通道或在通讯网中断时，可移动式无功功率电源和串联电容器智能补偿装置根据各自的就地电压、电流信息对所述的10kV配电线路实行不停电融冰，以及电压和无功的优化控制。
8.根据权利要求1所述的一种具有电压和无功优化的10kV配电线路不停电融冰系统，其特征在于所述的可移动式无功功率电源由可投切的电抗器和/或磁控电抗器构成。
9.根据权利要求1所述的一种具有电压和无功优化的10kV配电线路不停电融冰系统，其特征在于所述分布式串联电容器智能补偿装置均匀地分布在10kV配电线路上。
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Non-Patent Citations (1)
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| 范瑞祥等: "江西电网移动式直流融冰装置设计及其系统试验", 《电力系统自动化》 * |
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